جدولة التنسيق للحمل الكهربائي المرن متعدد الأنواع

أهمية جدولة التنسيق للحمل الكهربائي المرن متعدد الأنواع

مع بروز قضايا الطاقة والبيئة، توصلت البلدان حول العالم إلى توافق في الآراء بشأن تغيير هيكل الطاقة وتطوير الطاقة المتجددة، وفي السنوات الأخيرة تطورت الطاقة المتجددة في الصين بشكل سريع، وفي الفترة من يناير إلى يونيو (2018م)؛ فقد بلغت سعة توصيل شبكة طاقة الرياح المضافة حديثاً في البلاد 7.94 مليون كيلو واط، وبحلول نهاية شهر يونيو، بلغت السعة التراكمية لربط شبكة طاقة الرياح 171.6 مليون كيلو واط.

لذلك اقترحت الأبحاث ذات الصلة في الداخل والخارج تدابير مختلفة لتحسين استهلاك طاقة الرياح، وذلك مراعاة خصائص طاقة الرياح لتحسين مستوى استهلاك طاقة الرياح، بحيث تم إنشاء طريقة تبادل تنظيم الذروة المتبادلة المحسنة للشبكات الإقليمية مع مراعاة عدم اليقين في طاقة الرياح، والتي تعتبر قوية لتقلبات طاقة الرياح، والتي يمكن أن تقلل بشكل فعال التخلي عن الرياح وتقليل تكاليف التشغيل الإجمالية.

كما تم  طرح استراتيجية التحكم في التدحرج والإرسال باستخدام (BESS) استناداً إلى التحكم التنبئي النموذجي (MPC)، والذي يمكنه تثبيت تقلبات طاقة الرياح بشكل فعال، وبالتالي تعزيز مرونة النظام وتحسين استهلاك طاقة الرياح، ومع ذلك نظراً لعشوائية وتقلب طاقة الرياح؛ فإن دقة التنبؤ بطاقة الرياح ستؤثر على فعالية نتائج الطريقة.

ومن اعتبار العلاقة بين الطاقة والأنظمة الحرارية لتحسين مستوى استهلاك طاقة الرياح؛ فإن الحل الرئيسي الحالي هو تركيب غلايات كهربائية ومضخات حرارية وأجهزة تدفئة مزودة بخزانات حرارة، ووفقاً للتقارير ذات الصلة؛ فإنه يمكن أن تقلل هذه التدابير من تقليص الطاقة وتحسين الكفاءة التشغيلية، كما يتم تقييم الاستراتيجيات التشغيلية من خلال مقارنة أداء تشغيل السوق للمضخات الحرارية والغلايات الكهربائية في سيناريوهات مختلفة.

كما يتم تحليل العوامل المؤثرة ذات الصلة، لكن استراتيجيات التشغيل المنسقة للمضخات الحرارية والغلايات الكهربائية غير متوفرة، كما أنشأ الباحثون نموذجاً لتقييم تأثير اقتران توربينات الرياح الكبيرة في ولاية نيويورك، كما وزادا من استخدام المضخات الحرارية الكهربائية لتلبية احتياجات بعض تدفئة الأماكن والمياه الساخنة المنزلية (DHW) في مدينة نيويورك.

لذلك يُظهر التحليل أنه مع زيادة استخدام المضخات الحرارية، بحيث يزداد معدل استخدام توليد طاقة الرياح بشكل كبير، مما قد يزيد من السعة المركبة لتوليد طاقة الرياح، ومع ذلك؛ فإن الاستثمار المستمر للمضخات الحرارية سيؤدي حتمًا إلى زيادة التكاليف، كما وتظهر هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتقييم فوائد وتكاليف مضخات الحرارة.

استراتيجية التكوين والتحكم في تخزين طاقة البطارية

تحليل آلية التخلي عن الرياح

تكون موارد طاقة الرياح وفيرة في موسم التدفئة في منطقة “ثلاثة شمال”، ولكن في فترة الحمل المنخفض، وغالباً ما تحدث طاقة الرياح بشكل متكرر، بينما في فترة ذروة الحمل وغالباً ما تكون طاقة الرياح أقل، والتي تتميز بخصائص عكس تنظيم الذروة، وهناك وحدات الإمداد الحراري في منطقة “الثلاثة شمال” هي في الأساس وحدات توليد مشترك مع وضع التشغيل “الكهرباء الثابتة الحرارة”.

وهذا يعني أنه مع ارتفاع الطاقة الحرارية؛ فإنه يتناقص نطاق التنظيم للناتج الكهربائي للوحدة ويزداد الحد الأدنى للإنتاج الكهربائي للوحدة، ومن أجل تلبية الطلب على حمل التدفئة؛ فإنه يجب على الوحدات الكهرو حرارية زيادة إنتاجها الكهربائي، ومن ثم تقليل حجم مساحة طاقة الرياح المتاحة في النظام، لذلك يؤدي إلى التناقض بين الرياح والحرارة.

كما يظهر الرسم التخطيطي التالي لآلية هجر (تلاشي) الرياح في فترة التسخين في الشكل التالي (1)، ومن بينها  (Δ P1 ، P2) هما ذروة قدرة الحلاقة لفترات التسخين وعدم التسخين على التوالي ومنطقة الظل مهجورة طاقة الرياح.

تخزين طاقة البطارية ونظام تخزين الحرارة

تم تجهيز الغلاية الكهربائية المتجددة بجهاز تخزين حراري، بحيث يلبي إمداد الحرارة أثناء تخزين الحرارة خلال فترة التخلي وتخزين وإطلاق الحرارة خلال فترة عدم التخلي، والتي تحقق نقل الطاقة في الوقت المناسب، وذلك نظراً لاستجابته السريعة وتدفق الطاقة في اتجاهين، كما يمكن لنظام تخزين طاقة البطارية الاستجابة لأوامر إرسال الشبكة الكهربائية في الوقت الفعلي للشحن والتفريغ.

كما يقدم هذا البحث بشكل أساسي التأثير التنسيقي للغلايات الكهربائية المتجددة وتخزين طاقة البطارية لتعزيز مرونة تشغيل النظام وتحسين قبول طاقة الرياح، بحيث يوضح الشكل التالي (2) هيكل تخزين طاقة البطارية ونظام المرجل الكهربائي المتجدد.

كما هو مبين في الشكل أعلاه؛ فإنه يمكن للغلاية الكهربائية لتخزين الحرارة على جانب الحمل أن تزيد من حمل الطاقة وتزيل حمل الرياح عن طريق زيادة مستوى الحمل الكهربائي خلال فترة وادي التحميل في فترة التسخين، كما يعمل نظام تخزين طاقة البطارية على تحسين قدرة الحلاقة القصوى للنظام بأكمله من خلال وضع التشغيل لتحويل ذروة الحمل، وبالتالي تقليل كمية طاقة الرياح.

استراتيجية التحكم في تخزين طاقة البطارية ونظام تخزين الحرارة

في الوقت الحالي، ومن أجل تعزيز استهلاك الطاقة النظيفة لطاقة الرياح والطاقة النووية؛ فقد أدخلت المنطقة الشمالية الشرقية مساعدة حلاقة الذروة ذات الصلة لخدمة قواعد تشغيل السوق وتقديم تعويض معين بموجب فرضية تلبية القواعد التشغيلية، كما تستخدم الغلايات الكهربائية المتجددة الكهرباء بشكل أساسي في فترة الوادي المنخفض لشبكة الطاقة.

كما يجب أن تعوض شبكة الطاقة عن ذروة الحلاقة وفقاً للقدرة التعاقدية لوادي الحمل ويمكنها أيضاً التفاوض على المعاملات الثنائية مع شركات طاقة الرياح، بحيث تمتص ذروة الحلاقة بواسطة تخزين طاقة البطارية بشكل أساسي الطاقة في أدنى مستوى الحمل أو الفترة النووية المهملة، كما وتطلق الطاقة في فترات أخرى، ولا يمكن شحنها في فترة الذروة أو تفريغها في فترة وادي التحميل ، وإلا فلن يتم منح أي تعويض.

لذلك تتم صياغة استراتيجية التحكم في عملية تقسيم الوقت للغلايات الكهربائية المتجددة المنسقة لتخزين طاقة البطارية، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي.

ونظراً لقيود الإمداد الحراري للغلايات الكهربائية المتجددة؛ فإنه يتم استخدامها كهيئة رئيسية لاستهلاك طاقة الرياح، كما ويقوم تخزين طاقة البطارية بتنسيق عملها، وذلك كما هو موضح في الشكل أعلاه، بحيث تستغرق هذه الفترة من (22:00) إلى (22:00) في اليوم التالي كدورة إرسال، كما ويبدأ وقت الإرسال الأولي في الساعة (22:00) في اليوم السابق، أي فترة التحميل.

كذلك؛ فإن آلية التشغيل على النحو التالي:

في الفترة الأولية لوادي الحمل، تعمل الغلاية الكهربائية على تسخين وتخزين الحرارة في نفس الوقت لامتصاص طاقة الرياح وإمدادات الحرارة، وذلك عندما لا تلبي طاقة الرياح المهجورة طلب التدفئة، كما يتم امتصاص الطاقة التقليدية، وعندما تكون هناك رياح مهجورة في النظام؛ فإنه يبدأ تخزين طاقة البطارية في العمل على الشحن للتخلص من الرياح المهجورة.

وخلال فترات الحمل التدريجي، يبدأ تخزين الحرارة في العمل لتلبية طلب الحمل الحراري، كما ويتم استخدام طاقة البطارية لزيادة الفرق في سعر ذروة الوادي، والذي يتم تفريغه بشكل أساسي إلى حالة الشحن الأولية أثناء فترة الذروة.